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論文

Passive sweat collection and colorimetric analysis of biomarkers relevant to kidney disorders using a soft microfluidic system

Zhang, Y.*; Guo, H.*; Kim, S. B.*; Wu, Y.*; Ostojich, D.*; Park, S. H.*; Wang, X.*; Weng, Z.*; Li, R.*; Bandodkar, A. J.*; et al.

Lab on a Chip, 19(9), p.1545 - 1555, 2019/05

汗中のバイオマーカーおよび非侵襲的な方法で汗を集める方法は、健康および生理学的状態の評価のための汗利用の関心を生み出し、スポーツから臨床医学までの範囲の潜在的用途がある。本論文は、皮膚密着型のマイクロ流体システムを用いた2つの結果について述べる。(1)簡易な身体的および心理的刺激による汗の採取、(2)酵素化学および比色アプローチによる汗中のクレアチニンおよび尿素の濃度の検出。結果、乳児や高齢者などを対象に日常的で非薬理学的な汗の捕捉が可能になり、腎臓疾患のスクリーニング/モニタリングに汗を使用する可能性が示された。

論文

Root-endophytic Chaetomium cupreum chemically enhances aluminium tolerance in $$Miscanthus sinensis$$ via increasing the aluminium detoxicants, chlorogenic acid and oosporein

春間 俊克*; 山路 恵子*; 小川 和義*; 升屋 勇人*; 関根 由莉奈; 香西 直文

PLOS ONE (Internet), 14(2), p.e0212644_1 - e0212644_16, 2019/02

 パーセンタイル:100(Multidisciplinary Sciences)

すすきは鉱山跡地に生える先駆植物である。すすきは、植物性シデロフォアを生産することによって、鉱山跡地の有害元素であるAlを無毒化する。すすきの根に内生する微生物であるC. cupreumは、シデロフォアを生産することによってすすきのAl耐性を向上させる。われわれは、C. cupreumが生産するシデロフォアがoosporeinであると同定した。oosporeinがAlを無毒化することを明らかにした。C. cupreumを無菌状態のすすきに接種すると、芽の生長が促進され、Al耐性が向上した。

論文

Battery-free, skin-interfaced microfluidic/electronic systems for simultaneous electrochemical, colorimetric, and volumetric analysis of sweat

Bandodkar, A. J.*; Gutruf, P.*; Choi, J.*; Lee, K.-H.*; 関根 由莉奈; Reeder, J. T.*; Jeang, W. J.*; Aranyosi, A. J.*; Lee, S. P.*; Model, J. B.*; et al.

Science Advances (Internet), 5(1), p.eaav3294_1 - eaav3294_15, 2019/01

非侵襲でバイオマーカーを検出し得るウェアラブルデバイスが注目されている。しかしながら現在までに存在するウェアラブルデバイスはその電力源や検出部分などの小型化が困難であったことから重さや大きさの点でポータビリティに欠けていた。本研究では、バッテリーフリーでかつ電気的、呈色式を用いて重要バイオマーカーである塩化物, 乳酸, グルコース, pHを検出できるスウェットデバイスを開発した。

論文

中性子小角散乱を利用したドラッグデリバリーキャリア用ナノゲルの微細構造解明

関根 由莉奈

四季, 41, P. 4, 2018/12

中性子産業利用促進協議会の季報において、ドラッグデリバリーキャリアとして利用が期待される高分子ナノ微粒子(ナノゲル)の内部の微細構造をコントラスト変調中性子小角散乱法によりはじめて明らかにした結果について解説する。

論文

Soft, skin-interfaced microfluidic systems with wireless, battery-free electronics for digital, real-time tracking of sweat loss and electrolyte composition

Kim, S. B.*; Lee, K.-H.*; Raj, M. S.*; Reeder, J. T.*; Koo, J.*; Hourlier-Fargette, A.*; Bandodkar, A. J.*; Won, S. M.*; 関根 由莉奈; Choi, J.*; et al.

Small, 14(45), p.1802876_1 - 1802876_9, 2018/11

エクリン腺からの汗の排泄は、身体の位置,活動レベル,環境要因および健康状態によって変化する動的な生理学的プロセスである。発汗量と化学物質に組み込まれた情報内容は、健康状態と運動能力を評価するために利用することができる。本論文では、薄型で小型化されたスキンインターフェイスのマイクロ流体システムを提案する。本技術は、汗の伝導率および速度を測定するための、再利用可能なバッテリーフリーの近距離通信機能(NFC)を備える。具体的には、NFCプロトコルを活用できる回路への測定インターフェイスとして、マイクロ流路に設計かつ集積された超薄型電極の開発に成功した。開発した複合的なマイクロ流路および電子デバイスシステムを用いて実際の汗を用いて実験を行なったところ、スマートフォン等で汗の速度や電解質の濃度をリアルタイムで測定することに成功した。

論文

A Fluorometric skin-interfaced microfluidic device and smartphone imaging module for ${{it in situ}}$ quantitative analysis of sweat chemistry

関根 由莉奈; Kim, S. B.*; Zhang, Y.*; Bandodkar, A. J.*; Xu, S.*; Choi, J.*; 入江 将大*; Ray, T. R.*; Kohli, P.*; 香西 直文; et al.

Lab on a Chip, 18(15), p.2178 - 2186, 2018/08

近年、スウェットに含まれる代謝産物やイオン等を用いたPoint of Careが高く注目されている。本研究では、それらのバイオマーカーを効果的にその場で検出することを目的として、ソフトで薄いウェアラブルマイクロ流路デバイスとスマートフォンを基盤とした蛍光イメージングシステムを提案する。精密に設計されたマイクロ流路は、皮膚から汗を時間シーケンス制御で集めることを可能にした。また、集められた汗から蛍光検出剤によって検出された塩化物,ナトリウム,亜鉛濃度をスマートフォンを基盤とした蛍光イメージングシステムで正確に定量分析することに成功した。このシステムを実際に試験したところ、正確に効率よく作動することを確認した。

論文

Super-absorbent polymer valves and colorimetric chemistries for time-sequenced discrete sampling and chloride analysis of sweat via skin-mounted soft microfluidics

Kim, S. B.*; Zhang, Y.*; Won, S. M.*; Bandodkar, A. J.*; 関根 由莉奈; Xue, Y.*; Koo, J.*; Harshman, S. W.*; Martin, J. A.*; Park, J. M.*; et al.

Small, 14(12), p.1703334_1 - 1703334_11, 2018/03

This paper introduces super absorbent polymer valves and colorimetric sensing reagents as enabling components of soft, skin-mounted microfluidic devices designed to capture, store and chemically analyze sweat released from eccrine glands. The valving technology enables robust means for guiding the flow of sweat from an inlet location into a collection of isolated reservoirs, in a well-defined sequence. Analysis in these reservoirs involves a color responsive indicator of chloride concentration with a formulation tailored to offer stable operation with sensitivity optimized for the relevant physiological range. Evaluations on human subjects with comparisons against ex situ analysis illustrate the practical utility of these advances.

論文

Northwestern大学John Rogers研究室留学体験記

関根 由莉奈

放射線と産業, (143), p.51 - 54, 2017/12

2017年1月より1年間、Northwestern大学John Rogers研究室への留学体験を記述した記事である。Northwestern大学があるイリノイ州エバンストンでの暮らしや研究活動を紹介する。著者の留学先であるRogers研究室はフレキシブルエレクトロニクスやセンサーで著名であり、研究室の様子や行っている研究内容についての詳細を記述している。

論文

Calcium-deficient hydroxyapatite as a potential sorbent for strontium

関根 由莉奈; 元川 竜平; 香西 直文; 大貫 敏彦; 松村 大樹; 辻 卓也; 河崎 陸*; 秋吉 一成*

Scientific Reports (Internet), 7(1), p.2064_1 - 2064_8, 2017/05

 被引用回数:7 パーセンタイル:26.37(Multidisciplinary Sciences)

Ca欠損アパタイト材料を用いた汚染水からのSr$$^{2+}$$の有用性について調べた。最初に、同じ2価イオンであるMg$$^{2+}$$及びCa$$^{2+}$$存在下でのSr$$^{2+}$$ (0.05mmol/L)の吸着率を調べた。Ca欠損アパタイトは他のイオン存在下においても高いSr$$^{2+}$$吸着性を維持した。例えば、0.1から1.0mmol/LのMg$$^{2+}$$及びCa$$^{2+}$$存在下において80%以上の吸着率を示した。一方、通常のアパタイトでは少量のMg$$^{2+}$$及びCa$$^{2+}$$が存在する条件でSr$$^{2+}$$に対する吸着性は著しく低下した。0.01から10mmol/LのSr$$^{2+}$$を含む水溶液を用いた吸着評価においても、Ca欠損アパタイトは通常のアパタイトよりも高い吸着性を示した。EXAFSを用いてCa欠損アパタイトにおけるSr$$^{2+}$$の吸着挙動について評価したところ、通常のアパタイトと比べてSr$$^{2+}$$が選択的に吸着するサイトが存在することが示唆された。

論文

Nanoscopic structural investigation of physically cross-linked nanogels formed from self-associating polymers

関根 由莉奈; 遠藤 仁*; 岩瀬 裕希*; 竹田 茂生*; 向井 貞篤*; 深澤 裕; Littrell, K. C.*; 佐々木 善浩*; 秋吉 一成*

Journal of Physical Chemistry B, 120(46), p.11996 - 12002, 2016/11

 被引用回数:6 パーセンタイル:61.76(Chemistry, Physical)

コントラスト変調中性子小角散乱法を用いてコレステロール置換プルラン(CHP)が形成するナノゲルの内部微細構造の評価を行った。溶媒の重水分率の異なるCHPナノゲル水溶液の散乱強度を分離してCHPナノゲルを構成するプルラン、コレステロール、プルランーコレステロールのcross-termの部分散乱関数を求めて解析を行った。結果、プルラン鎖が形成するナノゲル骨格は半径8.1nmの大きさであった。また、CHPナノゲル内において、約3個のコレステロール分子から成る架橋点が19個形成され、フラクタル次元2.6で分布していることを明らかにした。また、架橋点と高分子鎖のcross-termを解析したところ、部分鎖の大きさは半径約1.7nmであった。以上の結果より、ナノゲルの内部微細構造を明らかにした。

論文

Neutron diffraction of ice and water in hydrogels

関根 由莉奈; 小林 理気*; Chi, S.*; Fernandez-Baca, J. A.*; 鈴谷 賢太郎; 藤崎 布美佳*; 池田 一貴*; 大友 季哉*; 深澤 倫子*; 山内 宏樹; et al.

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.033009_1 - 033009_6, 2015/09

ハイドロゲル中の水の構造や特性を調べるため、100-300Kにおける低含水率のポリN,N,-ジメチルアクリルアミドハイドロ(PDMAA)ゲルの中性子回折パターンを測定した。低温下で観察されたブロードな回折パターンは昇温過程において変化し、220Kにおいて鋭いピークが観察された。これらの回折パターンを解析することにより、低含水率のゲル中には低温下でアモルファス氷が存在し、それらは昇温と共に立方晶氷, 六方晶氷に変化することを明らかにした。

論文

下町から世界へEpisode 1

関根 由莉奈

波紋, 25(2), P. 179, 2015/05

本稿は、中性子科学に携わる若手研究者として今までの研究活動の軌跡を記した記事である。高分子ゲル材料の説明や中性子線を用いた物性研究の概要を簡便にまとめあげ、中性子線の有用性や研究内容の周知に努めたものである。

論文

Dependence of structure of polymer side chain on water structure in hydrogels

関根 由莉奈; 高木 紀*; 須藤 小葉子*; 梶原 祐太郎*; 深澤 裕; 深澤 倫子*

Polymer, 55(24), p.6320 - 6324, 2014/11

 被引用回数:9 パーセンタイル:48.64(Polymer Science)

ハイドロゲルにおいて高分子側鎖が水の構造に及ぼす影響を調べるため、ポリアクリルアミドゲル(PAA)及びポリ$$NN$$ジメチルアクリルアミドゲル(PDMAA)のラマンスペクトルを測定した。PAAとPDMAAは側鎖以外は同じ化学構造を有するポリマーである。結果、水分子の振動を示すO-H伸縮振動はPAAの場合含水率の減少に伴い低波数側にシフトし、PDMAAの場合は高波数側にシフトした。これらの結果より、PAAゲルにはPAAの親水基と強い水素結合で結合した水分子が存在し、一方、PDMAAゲルには弱い水素結合でネットワーク化した水分子が存在することを明らかにした。PAAとPDMAAはほぼ同様の構造を持つにも関わらず、側鎖の違いにより水分子の構造を大きくことなることが分かった。これらの水と高分子に関する知見は、新たな高分子材料の開発に極めて重要である。

論文

Neutron diffraction of ice in hydrogels

関根 由莉奈; 深澤 倫子*; 相澤 守*; 小林 理気*; Chi, S.*; Fernandez-Baca, J. A.*; 山内 宏樹; 深澤 裕

Journal of Physical Chemistry B, 118(47), p.13453 - 13457, 2014/08

 パーセンタイル:100(Chemistry, Physical)

ハイドロゲル中に存在する水の構造や性質を明らかにすることを目的として、10-300Kにおける重水を含むポリ$$N$$,$$N$$,-ジメチルアクリルアミドハイドロ(PDMAA)ゲルの中性子回折パターンを測定した。250K以下において観察された回折ピークは、ゲル中に氷が存在することを示した。これらのピーク位置は、通常の六方晶の氷(Ice Ih)よりも低い角度であった。このピーク位置のシフトはゲル中の氷の構造における$$a$$軸, $$c$$軸の格子が通常のIce Ihよりも各々0.29, 0.3%大きいことを示す。この結果は、PDMAAゲル中に低密度の氷が存在することを示す。このような氷構造の歪みは、ゲル中における水分子と高分子鎖の相互作用によるものと考えられる。

論文

オークリッジ国立研究所(ORNL)滞在記

関根 由莉奈

Photon Factory News, 31(4), p.45 - 46, 2014/02

オークリッジ国立研究所(ORNL)は、アメリカ合衆国のテネシー州、オークリッジにあるエネルギー省管轄の国立研究所である。平成24年度、著者は初めてORNLで中性子回折実験を行う機会を得た。本論文では、ORNLの施設や行った実験について主に紹介する。筆者はORNLの研究用原子炉施設(HFIR)にある、広角中性子回折装置(WAND)を用いて実験を行った。WANDは、原子力機構とORNLとの「中性子散乱日米科学技術協力」に基づいて開発された装置である。WANDを用いて、高分子ハイドロゲル中の水が通常の水とは異なる構造を有し、弱い水素結合を形成していることを明らかとした。

論文

Structural changes of water in poly(vinyl alcohol) hydrogel during dehydration

工藤 久志*; 石田 純一*; Syuu, G.*; 関根 由莉奈; 深澤 倫子*

Journal of Chemical Physics, 140(4), p.044909_1 - 044909_8, 2014/01

 被引用回数:13 パーセンタイル:34.4(Chemistry, Physical)

ポリビニルアルコール(PVA)ハイドロゲル中の水及びポリマーネットワークの構造変化のメカニズムを明らかにするため、ラマン分光法を用いて物理架橋及び化学架橋により作製したPVAゲルの構造評価を行った。ラマンスペクトルの変化より、ゲル中の水やポリマーネットワークの構造は含水率及び架橋方法に依存することを明らかとした。

論文

Effects of crosslinker density on the polymer network structure in poly-$$N$$,$$N$$-dimethylacrylamide hydrogels

深澤 倫子*; 池田 尚弘*; 田畑 麻友*; 服部 正孝*; 相澤 守*; 柚木 俊二*; 関根 由莉奈

Journal of Polymer Science, Part B; Polymer Physics, 51(13), p.1017 - 1027, 2013/07

 被引用回数:15 パーセンタイル:36.36(Polymer Science)

To investigate the effects of crosslinker density on the properties of hydrogels, compression tests, scanning electron microscopy (SEM), differential scanning calorimetry (DSC), and Raman measurements were performed on poly-$$N$$,$$N$$-dimethylacrylamide hydrogels. The results of the compression tests showed that the Young's modulus increases as the crosslinker density increases. In addition, the results suggest that the bound water plays an important role in strengthening the hydrogel. The water structure may be one of the dominant factors governing the chemical and physical properties of hydrogels.

口頭

The Existence of dense ferroelectric ice under high pressure

関根 由莉奈; 深澤 裕; 荒川 雅*; 阿部 淳; 服部 高典; 佐野 亜沙美; 内海 渉; 有馬 寛*; 上床 美也; 小松 一生*; et al.

no journal, , 

The existence of a ferroelectric ice, named ice XI, at atmospheric pressure have been predicted; however it is not clear whether other ferroelectric ices exist or not under high pressure, because of a difficulty of in-situ high-pressure neutron experiment. We first measured neutron diffraction of powder ice crystal under 1.4 GPa and 60 K. From a new developed high-pressure cell for an intense pulsed-neutron beam, we observed that the diffraction profile has a peak at 0.206 nm, which is consistent with a ferroelectric ice, predicted by simulation studies. Any peak of antiferroelectric ice is not observed. This result suggests that the dense ferroelectric ice is a low temperature structure of ice VI. The dense ferroelectric ice exists in an interior of cool icy body. The ice, possessing the ability to storage an electric charge, could have had important effects on electric and physical properties of cool planets and satellites.

口頭

高分子ゲル中における水の構造評価

関根 由莉奈; 深澤 裕; Songxue, C.*; Chakoumakos, B.*; Fernandez-Baca, J. A.*

no journal, , 

高分子ゲルに存在する水は、界面における他の分子との相互作用やその空間的制限からバルク水とは異なる構造や性質を示す。例えば、それらの水は熱的性質により自由水,中間水,束縛水の3種類に区別される。ゲル中に存在する水の状態は材料の性質や生体機能と密接に関係するためその物性を調べることは重要である。本研究では、Poly-N,N-Dimethylacrylamide (PDMAA)ゲルにおける水の物性を明らかにすることを目的として10-300Kの温度領域における中性子回折スペクトルの変化を観察した。273K-300KにおいてはD$$_{2}$$Oの回折パターンにも見られるブロードなバンドが観察された。このバンドの半値幅はD$$_{2}$$Oと比べて大きく、ピーク位置は低角側へシフトしていた。この結果は、PDMAAゲル中の水分子はバルクの状態に比べて水分子間の距離が長く不均一であることを示す。10-260Kでは、ブロードなバンドは消失して20-30$$^{circ}$$において氷に特徴的なピークが観察された。この結果は、10-260Kの温度領域においてゲル中に氷が形成したことを示す。本発表では、得られた中性子回折パターンより明らかとなったゲル中の水及び氷の構造について詳しく述べる。

口頭

糖水溶液中に形成する氷結晶の構造解析

関根 由莉奈; 深澤 倫子*; 梶原 祐太郎*; 伊東 雄*; 深澤 裕

no journal, , 

高分子や糖溶液中に存在する水は、溶質分子との相互作用やその空間的制限からバルク水とは異なる構造や性質を示す。高分子や糖存在下における水や氷の構造や性質は、凍結融解法を利用して作製した材料の性質や生体試料の状態と密接に関係するため、その物性を調べることは重要である。本研究では、グルコース存在下における水や氷の物性を明らかにすることを目的とし、中性子散乱測定を行った。本発表では、得られた回折パターンの変化より、グルコース溶液中に存在する水と氷の構造について詳しく述べる。グルコース水溶液を140 Kまで冷却したところ、純粋なD$$_{2}$$O氷とは異なる回折パターンが観察された。これら結果は、冷却速度が比較的遅い場合、グルコースD$$_{2}$$O水溶液より通常の氷とは異なる構造の氷が形成されることを示す。本発表では、得られた中性子回折パターンより明らかとなったゲル中の水及び氷の構造について詳しく述べる。

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